一文搞懂Ansys Workbench瞬态动力学分析

文摘   2024-12-18 07:50   广东  
瞬态动力学分析(Transient Structural)用于确定承受任意随时间变化载荷的结构动力学响应,可以确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷作用下位移、应变、应力及力随时间变化。Ansys Workbench 瞬态动力学分析流程,如下图所示。

Fig. 1 Ansys Workbench瞬态动力学分析流程图

行星轮系广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。齿面啮合产生的应力、冲击往往造成齿轮失效,如轮齿折断、齿面磨损等,因而有必要对行星轮系进行强度校核。本文以行星轮系仿真为例,详细讲解Ansys Workbench瞬态动力学分析流程。

Fig. 2 行星齿轮传动

1 几何建模与导入

在Solidworks环境中,构建行星轮系CAD模型,保存为x_t格式。打开 Workbench,拖入Geometry,设置Units为mm。右击Geometry,选择并进入DM界面,通过Import External Geometry File导入模型,右击Attacxh1,选择Generate生成模型

Fig. 3 几何建模与导入

2材料与单元属性

关闭DM界面,拖拉Transient Structural至Geometry上。双击Engineering Data,材料选用结构钢。双击Model,进入Mechanical界面,展开Geometry修改刚度属性Stiffness Behavior,将内齿圈、行星架设置为Rigid,将太阳轮、行星轮设置为Flexible。 


Fig. 材料属性设置

3有限元网格划分

右击模型树Mesh,插入1个Method,划分方法设置为多区MultiZone,图形区选中太阳轮和行星轮,点击下方列表中的Apply,设置Element Size为5mm。右击Mesh,选择Generate Mesh,生成网格模型检查网格质量Quality,如下图所示。

Fig. 5 行星轮系有限元网格划分

4连接关系的构建

1) 设置齿面接触。太阳轮与行星轮、行星轮与内齿轮均设置为无摩擦接触。接触面选择所有的主动轮啮合面,目标面选择所有的从动轮啮合面。其中,选择方法请参考:操作技巧 | Ansys Workbench快速选中点边面体

Fig. 6 齿面接触设置
特别注意:为便于收敛,设置接触刚度系数为0.1。此外,由于模型初始间隙较大,故将Interface Treatment设置为 Adjust to Touch。

2) 创建运动副。在模型树Connections下,插入两个转动副(Revolute-Body to Ground),一个转动副(Revolute-Body to Body)、一个固定副(Fixed-Ground to Body),然后选取相关表面,完成运动关系创建。
Fig. 7 创建转动副
5 载荷及驱动设置
模型树右击Transient,插入两个关节载荷Joint Load,设置太阳轮角速度为0.2 rad/s,设置行星架反向转矩为100N·mm。此处注意单位。

Fig. 设置关节角速度

6 求解设置与计算
点击Analysis Settings,设置求解时间为0.1s,设置初始子步为10,最小子步为10,最大子步为1000,开启大变形开关。如果不收敛,可以通过调试网格质量,调试接触算法,或者增加一个较短的时间步过渡加载。

Fig. 分析求解设置

7求解结果后处理

求解完成后,进入结果后处理,单击Equivalent Stress可以获得整个分析过程中的应力云图及曲线。也可以通过添加接触工具,查看接触压力云图等。

Fig. 10 应力云图

Ansys Workbench行星轮系瞬态动力学计算量较大,可以仿真转动两三个齿即可,为提高计算的准确性,可以将这两三个齿进行网格局部加密,以便更加接近真实解。

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